【技术实现步骤摘要】
无人驾驶的智能推耙机系统
[0001]本专利技术属于智能车控制领域，尤其涉及一种无人驾驶的智能推耙机领域
技术介绍
[0002]在大型火力发电的电厂中，散货码头货轮作业的主要清舱作业工具是卸船机和推耙机，一般地，由船将煤运到码头，然后用卸船机将船舱中的煤抓取出
。
但会有一大部分煤堆因卸船机自由度限制残留在船舱中，剩余的煤料因为其安息角而堆落在船舱船壁边
。
这时需要人工操作的推耙机将剩余的煤料推耙至船舱中心，来供卸船机抓取
。
[0003]但是目前推耙机船舱作业基本采用人工操作，而这种传统的推耙机人工作业存在着种种隐患，一方面操作人员通过船上爬梯上下船舱，特别是阴雨冰雪天
、
梯湿易滑，视线差，存在安全隐患
。
另一方面，船舱内空间狭小，空气流动性差，废气
、
噪音
、
粉尘浓度高，长期在这种恶劣的工作环境下长时间作业，容易对操作人员身心健康造成伤害
。
[0004]针对于自动化推耙机的实现，范海东提出一种自动推耙机定位系统
(
范海东
,
倪何军
,
胡凯波
,
王林刚
,
夏志凌
,
朱宇超
,
沈炳华
.
一种应用于煤栅内的自动推煤机定位系统
[P].
中国专利：
CN211928438U,2020
‑
11
...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.
一种无人驾驶的智能推耙机系统，其特征在于：包括硬件设计模块
、
感知定位模块
、
路径规划模块
、
中控通讯模块
、
下位机通讯模块；硬件设计模块通过硬件搭建获取各个传感器信息和使能各个执行器；感知定位模块通过获得的传感器信息对当前推耙机的实时位姿进行迭代计算，并将信息传入到路径规划模块中；路径规划模块对当前计算地图进行判断和规划，推算出推耙机状态动作，并将之传入到通讯模块；中控通讯模块中接受感知定位信息和路径规划信息，并将其传入到中控；下位机通讯模块中接受路径规划信息，将数据信息进行协议编码，并下发至执行器执行，各模块的具体构成是：硬件设计模块，硬件设计模块包含传感器单元和运动执行器单元；整个系统通过传感器组合单元对外界执行感知任务，通过传感器单元对感知传感器进行驱动初始化；使用运动执行器单元来执行由中控下发的指令，并且反馈执行结果至通讯模块；以下阐述硬件设计模块中两个单元的各自功能：所述传感器单元：单元由激光
Velodyne_32
雷达
、Livox_Mid40
雷达和
Xsens
惯性传感器构成，其中激光
Velodyne_32
雷达和
Livox_Mid40
雷达扫描感知周围环境，并将信息通过网口传入至感知定位模块；
Xsens
惯性传感器测量的车体三维加速度容易受到环境磁场影响，所以通过姿态分解去除偏航角分量，将其转化为位姿四元数通过串口传入至感知定位模块；所述运动执行器单元：运动执行器包括动力控制
、
推耙铲控制和行进控制；动力控制用于控制输出力矩值，以控制推耙铲的速度和车体行进的速度；推耙铲控制根据下发的指令来调节推耙铲的工作角度；行进控制根据下发的指令来控制车体前进方向和转向方向；感知定位模块，感知定位模块包含环境感知单元和三维定位单元；环境感知单元接收来自于传感器单元的信息，获取激光雷达数据和惯性传感器数据，并通过算法设计对煤仓环境进行语义分割，求解安全距离，并传至中控和路径规划模块中处理；三维定位单元基于感知结果对点云信息和惯导信息进行位姿迭代估计，求解推耙机实时位姿；以下阐述感知定位模块中两个单元的各自功能：所述环境感知单元进行激光雷达和惯性导航元件数据的获取和预处理，去除无效点，并矫正运动畸变；使用激光雷达和惯导传感器融合后的信息进行动态环境下的点云语义分割将动态变化的煤堆和静态的墙壁分割开，同时计算车辆六个方向上距障碍物的距离用于安全模块，向中控发送角点用于校准；所述三维定位单元基于具有语义信息的感知结果对点云数据进行点云降采样和语义特征点提取；根据点的曲率来计算平面光滑度将特征点分为边缘点平面点，基于不同的特征点采取不同的帧间匹配的策略，得到移动机器人的局部位姿变换估计值；同时对变换矩阵进行优化，通过分支定界加速暴力匹配，筛选关键帧来动态更新点云地图，得到三维船舱地图和投影后用于路径规划模块的二维栅格地图，向中控台发送推耙机实时位姿；路径规划模块，路径规划模块通过接收中控的自动模式开启指令，在中控开启自动模式后，通过通信读取中控的模式控制指令和各个模式下所需的数据，在各模式下执行该模式的业务逻辑，并反馈规划轨迹和任务状态；在区域自动模式下，推耙机需要对一片区域进行覆盖式耙取，以将煤从区域一边耙到相对应的一边，并在清理完成后自动停止工作；中控通讯模块，中控通讯模块包含编码单元
、
通讯单元和心跳单元；中控通讯模块是为了实现与中控和路径规划模块间的数据传输，并将数据通过可视化途径实时监控，保证数
据传输的准确性
、
稳定性和及时性；将传输信息通过定义编码构成数据包形式，通过
Socket
和
ROS
的
Topic
发布给相应接收模块，并通过心跳单元来确定通讯稳定性；以下阐述中控通讯模块中三个单元的各自功能：所述编码单元为了方便进行数据解析和识别，对传输的数据格式进行了编码设置；对于雷达部分的数据包协议为：
Radar,
序号
,<R,W>,
地址
,End/r/n
，其中
Radar
代表传输内容为雷达模块内容，
R
代表读，
W
代表写，地址代表传输的内容，
/r/n
作为数据包的结束符；对于路径规划部分的数据包协议为：
Path,
序号
,<R,W>,
地址
,End/r/n
，其中
Path
代表传输内容为路径规划部分内容，
R
代表读，
W
代表写，地址代表传输的内容，
/r/n
作为数据包的结束符；所述通讯单元为实现多单元
、
多模块之间的通讯，利用两个线程分别进行读数据和发数据，提高了数据传输的效率和准确性；中控通讯模块与工控机的感知定位模块和路径规划模块的数据传输的方式采用
ROS
的
Topic
通信方式，其中订阅的
Topic
中的信息包括：角点坐标
、
高层图
、
惯导信息
、
路径规划
、
目标点等；与中控的通讯方式采用基于
TCP
协议的
Socket
通讯方式，通过编码单元的数据包格式来实现传输，通过
Socket
网络通讯接收中控发出的数据，其中包括校准开关
、
模式转变
、
推耙动作
、
目标点
、
推耙区域等参数信息；所述心跳单...
【专利技术属性】
技术研发人员：禹鑫燚，石大川，羊俊华，郭伟，沈炳华，欧林林，冯远静，冯宇，杨子烨，魏楚冬，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：
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